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?馬蘭戈尼效應(yīng)在生活的應(yīng)用【舉例】

來(lái)源:AQiao Echo 醫(yī)用生物力學(xué) 瀏覽 847 次 發(fā)布時(shí)間:2023-12-19

自然界中許多定向傳輸過(guò)程,都是源于馬蘭戈尼效應(yīng)。現(xiàn)在,已經(jīng)有很多人利用馬蘭戈尼效應(yīng),在各種工程實(shí)際中做了很多事情。略舉幾例,勾引一下同學(xué)們的興趣。


(1)為什么不能往開(kāi)水中尿尿?


傳說(shuō),如果一個(gè)人往熱水里撒尿,水流會(huì)逆流而上,最終小便的人會(huì)被燙傷。


很多人都針對(duì)這個(gè)問(wèn)題做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和傳說(shuō)中的一樣,熱水確實(shí)是順著溫度較低的水流逆流而上、燙傷了小JJ。因?yàn)?,根?jù)馬拉高尼效應(yīng),表面張力大小與溫度也有關(guān)系,熱水會(huì)逆流而上!


(2)為什么專家們經(jīng)常呼吁人們打掃廁所?


一個(gè)看似干凈的馬桶,其實(shí)里面往往藏著各種肉眼看不見(jiàn)的細(xì)菌或者其他東西。


馬桶不干凈,人往馬桶里小便。一不留神,細(xì)菌就會(huì)順著尿液逆流而上,引起尿路感染。


(3)在冶金、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用


如在冶金行業(yè),由于不同金屬融化后表面張力具有差異,馬蘭戈尼效應(yīng)會(huì)使得液態(tài)金屬發(fā)生遷移,從而導(dǎo)致不同金屬的分布發(fā)生不均??此坪敛幌喔傻钠咸丫婆c冶金行業(yè),因?yàn)橥环N物理現(xiàn)象而聯(lián)系在了一起!


(4)海水淡化技術(shù)


海水和空氣之間的界面存在鹽濃度梯度,并由此產(chǎn)生表面張力梯度,其為溶劑和鹽份溶質(zhì)的移動(dòng)提供了額外驅(qū)動(dòng)力。沿該界面的表面張力梯度產(chǎn)生切向力,形成滑移速度,驅(qū)動(dòng)海水從低表面張力向高表面張力方向流動(dòng)。

海水淡化技術(shù)的“馬蘭戈尼效應(yīng)”工作原理


(5)馬蘭戈尼效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液體鋪展及其生成圖案,以及液面下方溶液中的馬蘭戈尼對(duì)流


香港大學(xué)機(jī)械工程系岑浩璋教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì),偕同法國(guó)巴黎-薩克雷大學(xué)Neil Ribe教授的研究團(tuán)隊(duì),在Nature Communications上發(fā)表了他們的研究論文:Generation of Fermat’s spiral patterns by solutal Marangoni-driven coiling in an aqueous two-phase system,[2023-12-17].DOI:10.1038/s41467-022-34368-5。該論文報(bào)道了他們?cè)诹黧w力學(xué)范疇取得突破性進(jìn)展,在雙水相系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)出一種三維的馬蘭戈尼物質(zhì)傳輸體系。物質(zhì)可以按照規(guī)律性方式從液滴傳輸至液面并且有序鋪展,為開(kāi)發(fā)革新性自動(dòng)紡絲系統(tǒng)提供嶄新思路。

馬蘭戈尼效應(yīng)驅(qū)動(dòng)液體鋪展及其生成圖案,以及液面下方溶液中的馬蘭戈尼對(duì)流


(6)馬蘭戈尼效應(yīng)用于血液透析


在醫(yī)學(xué)上,有人利用馬蘭戈尼效應(yīng)發(fā)明了一個(gè)系統(tǒng)來(lái)幫助血液透析。使用這種方法,人們可以更有效地實(shí)現(xiàn)血液透析。

馬蘭戈尼效應(yīng)用于血液透析


血液透析是急慢性腎功能衰竭患者腎臟替代治療方式之一。通過(guò)將體內(nèi)血液引流至體外,經(jīng)一個(gè)由無(wú)數(shù)根空心纖維組成的透析器中,血液與含機(jī)體濃度相似的電解質(zhì)溶液(透析液)在一根根空心纖維內(nèi)外,隔著半透膜進(jìn)行透析,通過(guò)彌散、超濾、吸附和對(duì)流原理進(jìn)行物質(zhì)交換,清除體內(nèi)的代謝廢物、維持電解質(zhì)和酸堿平衡;同時(shí)清除體內(nèi)過(guò)多的水分,并將經(jīng)過(guò)凈化的血液回輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程稱為血液透析。


血液透析的主要原理是:彌散+對(duì)流。那么,如何做到血液和電解質(zhì)溶液的均勻鋪展和對(duì)流擴(kuò)散,就是一個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題?!榜R蘭戈尼效應(yīng)”又在其中發(fā)揮了重要作用。